当复合材料内部产生裂纹，使纤维层与基体分离时，UNC团队的材料能够通过电加热熔化修复材料填充裂缝，渗入并重新结合分离层，从而实现自我修复。这对依赖汽车、航空航天器、风力涡轮机以及其他使用纤维增强聚合物（FRP）复合材料的结构系统的各类工业应用来说，是一项非常重要的突破。FRP复合材料通常由玻璃纤维、碳纤维或其他类型的纤维层叠在高分子基体中构成，具有极高的强度和相对较轻的重量。北卡罗来纳大学团队的新型自愈FRP复合材料，不仅继承了这些优点，还在强度和耐久性上超越了传统FRP。相比于标准FRP材料几十年的使用寿命，这种材料的寿命几乎可以被称为“永久”。

虽然“几乎不朽”并不意味着这些复合材料能永远使用，但它们可能在使用寿命上达到数百年，远远超出制造这些复合材料机器的多代周期。这种长寿命材料带来的生态效益同样显著，它减少了对原材料的采集、加工和生产需求，同时降低了成本。北昌大学土木、建筑与环境工程副教授、论文通讯作者Jason Patrick指出，这项技术将“显著降低受损复合材料部件更换的成本和人工投入，同时减少许多工业领域的能源消耗和浪费——因为损坏部件需要手动检查、修复或丢弃的次数大大减少”。凭借他的专利，Patrick及其公司Structeryx Inc.已经开始授权这项自愈技术。

那么，是什么让Structeryx的FRP复合材料在性能上超越传统复合材料呢？其中一项关键技术是在纤维增强材料上通过3D打印方式加入热塑性修复材料夹层，这种夹层能够使材料对剥离的抵抗力增加两到四倍。第二项创新是插入碳基层，通过电加热使其局部升温，从而使部分热塑性塑料熔化并渗入大裂缝和微裂缝，重新粘合分层界面。可以把它想象成钢铁侠装甲上的自熔金属层，当出现裂纹时能够自动“渗入”并修复，或者像科幻作品中赛隆的生物金属强化太空堡垒卡拉狄加一样修复受损区域。

目前，Structeryx FRP复合材料的实际使用寿命非常长。测试显示，如果材料每季度需要一次自我修复，它的寿命可以达到125年；如果每年只需一次修复，则可能延续到半个千年。自动化实验中，材料在40天内经历了5厘米分层破坏并完成自愈，经过一千个循环，其表现远超团队之前的纪录一个数量级。Turicek表示：“因为我们的复合材料本身比传统材料更坚韧，这种自愈材料比现有层压复合材料更能抵抗开裂，至少可以承受500次循环。尽管层隙韧性在反复愈合后会略有下降，但速度非常缓慢。”

这种性能优势为风力涡轮机、飞机以及远离维修设施的航天器、空间站和星际探测器带来了巨大的潜在益处。自愈FRP复合材料不仅延长了设备寿命，也显著降低了维护成本和人工操作难度，为工业和航空航天领域提供了一种全新的材料解决方案。

本文译自：newatlas，由olaola编辑发布

封面图片：unsplash/Maria Martinez Cano

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接下来，我们将探索一些地球上最坚硬、最耐用、最适合砍斧的木材。

什么是 Janka 硬度测试？

Janka 测试测量的是将一个钢球嵌入木材所需的磅力（lbf）。较高的硬度意味着木材更坚固。比如，橡木等常见的硬木 Janka 等级约为 1,300 磅力，而世界上最硬的木材可以达到 5,000 磅力以上。

为什么木材的硬度如此重要？

耐用性：硬度较高的木材能承受更多的磨损，使用寿命更长。

防水性：密度高的木材通常更能抵抗潮湿。

家具与地板：高硬度意味着木材不容易出现凹痕和划痕，适合用作家具和地板材料。

特殊用途：乐器、工具柄、奢侈品等需要木材具备强度和弹性。

从建筑到雕刻，选择合适的木材不仅会影响木材的性能，还会影响美观与使用寿命。虽然松木等较软的木材也有其用途，但最硬的木材因其力量和耐久性脱颖而出。

世界上最坚硬的木材

澳大利亚布洛克（Allocasuarina luehmannii）

Janka 硬度：约 5,060 磅力

这种来自澳大利亚的木材因其极高的耐用性和密度而闻名。它的硬度与南美的“断斧木”（Quebracho）相提并论，是目前公认的世界最硬木材之一。

五味子属（Quebracho）

Janka 硬度：超过 4,500 磅力

五味子属木材，尤其是“断斧木”，原产于南美，是市售木材中最坚硬的一类。它不仅具有极强的耐水性，还广泛用于建筑和铁路枕木。

愈创木树属（Lignum Vitae）

Janka 硬度：约 4,500 磅力

这种稀有木材被誉为“生命之木”，过去常用于造船和工具制造。它也用于制作奢侈品和乐器，然而，由于过度采伐，现已被列为濒危物种。

蛇木（Brosimum guianense）

Janka 硬度：非常高

蛇木有着独特的外观，红棕色和黑色条纹交错，深受装饰性木材需求的欢迎。它密度极大，适合制作刀柄和乐器弓。

Ipe 木（Handroanthus spp.）

Janka 硬度：约 3,600 磅力

Ipe 木，俗称巴西胡桃木，因其耐水性、抗虫性以及卓越的耐久性而广受欢迎。它常被用于地板和户外建筑。

非洲黑木（Dalbergia melanoxylon）

Janka 硬度：非常高

非洲黑木被视为世界上最昂贵的木材之一。由于其硬度和细致的雕刻性能，它被用于高端乐器的制作。但因资源有限，这种木材也面临着濒临灭绝的威胁。

沙漠铁木（Olneya tesota）

Janka 硬度：极高

生长在索诺兰沙漠的沙漠铁木以其强大的耐腐蚀性和高密度而闻名。它被用于雕刻和奢侈品的制作，而不常见于地板材料。

巴西柚木（Cumaru）

Janka 硬度：约 3,300 磅力

巴西柚木的硬度和密度非常高，防水性极佳。它广泛用于地板和重型家具，尤其在南美非常受欢迎。

奥塞奇橙（Maclura pomifera）

Janka 硬度：超过 2,000 磅力

奥塞奇橙木因其抗压性强和稳定的晶粒结构而广受青睐，常用于栅栏柱、弓和其他特殊物品。

刺槐（Robinia pseudoacacia）

Janka 硬度：较高

刺槐木具有极强的耐腐蚀性和防虫性，适用于户外使用。它因强度和耐用性而成为热带硬木的优选替代品。

这些木材的硬度使它们在多种领域中脱颖而出，从建筑到艺术，从工具制作到奢侈品，它们的坚硬特性使它们具备了无与伦比的价值。

本文译自来源：https://science.howstuffworks.com/hardest-wood-in-the-world.htm

编辑发布：olaola

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